添加剂及氨碱处理对青贮玉米秸秆厌氧消化特性的影响

摘要

本文以青贮玉米秸秆为原料，研究了青贮玉米秸秆与牛粪在总固体（TS）比3:7混合、接种量30%、37±1℃条件下厌氧消化产甲烷特性和系统稳定性的变化。尝试应用4.5%氨水（AH）和4%NaOH（SH）对青贮玉米秸秆进行联合预处理，并使用 Modified Gompertz方程和 Logistic函数对试验数据进行拟合和分析，为青贮玉米厌氧消化产业化应用提供一定的参考和依据。本研究得出以下结论：
　　1.青贮玉米秸秆与干黄玉米秸秆厌氧消化特性对比:青贮玉米秸秆（ME）在青贮24个月后厌氧消化产气特性与干秸秆（DC）相近，差异在1%以内，挥发性固体（VS）产气率较DC组提高约3.40%，VS产甲烷率提高约2.63%。
　　2.由不同青贮玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化试验可得
　　（1）不同青贮玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化在原料特性、产气特性和系统稳定性相近。
　　（2）通过产甲烷潜力（BMP）试验和Modified Gompertz方程、Logistic函数的拟合，FA组最大甲烷累积产量约为204.02~209.86 mL·g-1TS，最大产甲烷速率约为10.20~10.22 mL/g·d-1 TS，延滞期约为12~14d，厌氧消化试验综合表现最佳。
　　3.青贮玉米秸秆经氨联合处理后厌氧消化试验结果
　　（1）各处理组运行稳，化学需氧量（COD）消解率远大于未处理组。
　　（2）各处理组间差异明显，且无显著延滞期或延滞期较短。结合通过BMP试验和两个模型可知，两个模型对AH-PA组的拟合效果均不理想（R2分别为0.7148和0.6903），其余处理组的拟合数据表明 Logistic函数的拟合更佳，R2最小值出现在AH-FA组（0.9788）。AH-LB组延滞期最大，约为5~6d。
　　（3）氨处理在一定程度上降低了青贮玉米秸秆的厌氧消化产气特性，其中AH-FA组整体降幅最大，累积产气量约降低63.71%；AH-PA组的降幅最小，累积产气（甲烷）量、TS/VS产气率降幅分别为17.24%、22.22%、17.24%和3.05%。
　　4.青贮玉米秸秆经碱联合处理后厌氧消化试验结果
　　（1）同氨处理组，系统稳定性高。
　　（2）各处理组差异明显，无显著延滞期或延滞期较短。结合通过 BMP试验和两个模型可得，两个模型对NaOH处理组的拟合均不理想（SH-LB和SH-ME组除外，两个模型的R2均大于0.99），整体上Logistic函数的拟合效果更优异。（3）NaOH处理对不同青贮原料的产气特性影响不同：SH-CB组各项数据均大于未处理组，其中VS产甲烷率提升最大，较未处理组提升约28.30%；SH-FA、SH-ME和 SH-PA组则是部分提高部分下降；SH-LB组的各项指标均低于未处理组，其中TS产甲烷率降幅最大，约为33.40%。
　　5.同等条件下氨联合处理与碱联合处理对青贮玉米秸秆影响的对比
　　（1）共性：两种处理方式均明显的中和青贮玉米秸秆的 pH，并加速原料的水解酸化过程，提升厌氧消化系统对原料的利用率和转化率，缩短厌氧消化试验的周期，厌氧消化系统的稳定性和效率优质很改善。
　　（2）差异：氨处理组除平均甲烷体积分数方面比未处理组提高约0.92~3.08%（AH-CB、AH-FA和AH-LB）外，其它方面均远低于未处理组；NaOH处理组则表现各异，SH-CB组各项数据均大于未处理组，SH-FA、SH-ME和SH-PA组则是部分提高部分下降，SH-LB组的各项指标均低于未处理组。
　　（3）两个模型对 AH-PA和 SH-PA组的拟合效果均不理想，且整体上看Modified Gompertz方程的拟合效果均不如Logistic函数，且较NaOH处理组更适于氨处理组的拟合。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 厌氧消化概况

1.2 厌氧消化工艺的概况

1.3 原料预处理概况

1.4 厌氧消化技术的特点

1.5 本论文主要研究内容及技术路线

第2章 不同添加剂对青贮玉米秸秆厌氧消化特性的影响

2.1 引言

2.2 材料与器材

2.3 试验方法

2.4 结果与分析

2.5 讨论

2.6 本章小结

第3章 氨处理对青贮玉米秸秆厌氧消化特性的影响

3.1 引言

3.2 材料与仪器

3.3 试验方法

3.4 结果与分析

3.5 讨论

3.6 本章小结

第4章 NaOH处理对青贮玉米秸秆厌氧消化特性的影响

4.1 引言

4.2 材料与仪器

4.3 试验方法

4.4 结果与分析

4.5 讨论

4.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的论文及成果